Formlabs ha sviluppato l'Alumina 4N Resin per rispondere all'esigenza di un workflow con ceramica tecnica che non fosse eccessivamente costoso e complicato. In passato, le ceramiche destinate alla stampa 3D erano spesso disponibili solo per sistemi con un costo superiore a 250 000 € e comportavano workflow complessi, che limitavano la capacità di produrre parti in modo affidabile, uniforme e conveniente.

L'Alumina 4N Resin è la risposta a queste necessità, poiché combina la scienza dei materiali e l'ingegneria alla base delle ceramiche tecniche con la facilità di utilizzo, l'affidabilità e l'accessibilità delle stampanti 3D di Formlabs.

L'Alumina 4N Resin, come qualsiasi ceramica tecnica, può essere utilizzata per applicazioni che richiedono resistenza estrema al calore, alle sostanze chimiche o all'elettricità. In questi ambiti si è quasi sempre fatto ricorso alla ceramica, ma i componenti ceramici stampati in 3D non sono stati in genere in grado di eguagliare le proprietà meccaniche delle parti ceramiche realizzate con metodi tradizionali. L'Alumina 4N Resin, con una purezza del 99,99%, può raggiungere la resistenza al calore e agli agenti chimici richiesta per applicazioni altamente complesse.

Sebbene esistano ancora molte applicazioni in cui è conveniente utilizzare parti in ceramica realizzate con metodi tradizionali, le ceramiche per la stampa 3D, come l'Alumina 4N Resin, sono migliori laddove siano necessarie geometrie complesse, modifiche delle iterazioni o personalizzazioni.

La combinazione di workflow intuitivo delle stampanti SLA Formlabs e Alumina 4N Resin crea un modo completamente nuovo di produrre parti in ceramica ad alte prestazioni, che prima era possibile soltanto esternalizzando a costosi fornitori di servizi o con apposite stampanti 3D per ceramica 100 volte più care e dai workflow complessi.

1. Stampa 3D: l'Alumina 4N Resin può essere stampata su Form 4 e Form 3/+ con uno spessore dello strato di 50 micron. A causa dell'elevata resistenza allo stato grezzo, per rimuovere la parte dalla Stainless Steel Build Platform è necessario uno strumento sottile, ad esempio una lama di rasoio.
2. Lavaggio: dopo aver rimosso le parti dalla piattaforma, utilizza la Ceramic Wash Solution per pulirle e rimuovi i supporti (levigazione a umido). Il solvente può essere usato nei recipienti di lavaggio del Finish Kit o nella Form Wash. Per levigare a umido una parte: 
   1. Utilizza carta abrasiva con grana 80 per una levigazione aggressiva
   2. Utilizza carta abrasiva con grana 320 per una levigazione generale
   3. Utilizza carta abrasiva con grana 1000 per una levigazione delicata
3. Asciugatura: rimuovi il solvente in eccesso con aria compressa prima di lasciare asciugare completamente le parti durante la notte o, se il tempo è limitato, in un forno. Le istruzioni complete per il lavaggio e l'asciugatura sono disponibili nella Guida rapida dell'Alumina 4N Resin di Formlabs.
4. Deceraggio e sinterizzazione: sposta le parti nel forno di deceraggio e sinterizzale nel forno per completare il processo. Per ottenere proprietà del materiale ottimali, segui nei dettagli le istruzioni del piano di cottura, disponibili a questo link.

L'allumina, come molte ceramiche, viene utilizzata a temperature estremamente elevate, spesso superiori al punto di fusione della maggior parte dei metalli, inclusi tutti gli acciai e le superleghe a base di nichel. Comprendere come si comporta a queste temperature è fondamentale ed è determinante per la buona riuscita di una parte.

Il punto di fusione dell'allumina è superiore a 2000 °C, ma il materiale inizia a cedere e a perdere stabilità prima di raggiungere questa temperatura. La scheda tecnica di Formlabs consiglia una temperatura operativa massima di 1500 °C, ma questo esperimento mira a dimostrare che, a seconda dell'applicazione, il materiale può essere utilizzato anche a temperature molto più elevate.

I test ad alte temperature sono notoriamente difficili e spesso richiedono attrezzature costose per produrre risultati utilizzabili. I test di cedimento sono abbastanza semplici e possono essere utilizzati per ottenere una comprensione di base delle prestazioni del materiale ad alte temperature.

Le barre utilizzate per questo test sono state stampate nelle dimensioni riportate nella figura precedente e sono state realizzate intenzionalmente con uno spessore minimo, in modo da mostrare la massima flessione possibile. Una barra più spessa non avrebbe prodotto gli stessi risultati. Il test, illustrato di seguito, prevede il posizionamento di una barra sottile lunga 90 mm su due supporti triangolari ai lati, che sporge leggermente per garantire che la parte non ceda e cada dai supporti se sottoposta a temperature elevate.

La barra è stata misurata prima e dopo la cottura ed è stata posizionata in modo tale che l'eventuale deformazione antecedente al test avvenisse verso il basso, per garantire che solo la gravità incidesse sul cedimento. Il tutto è stato misurato utilizzando un tavolo di granito e un misuratore di altezza, per determinare l'altezza della barra alle due estremità e la misura massima del cedimento trovando l'altezza che passava appena sotto il misuratore.

Tutte le barre sono state inizialmente sottoposte a cottura normale tramite il ciclo di cottura consigliato per due forni. Il test di cedimento ha seguito un processo costante, riscaldando a 5 °C/min fino a 400 °C sotto la temperatura desiderata, quindi a 2 °C/min fino alla temperatura desiderata, mantenendo la temperatura per 2 ore. Le versioni di questa cottura a 1600 °C e 1200 °C sono mostrate nel grafico seguente.

Il test è stato eseguito fino a 1700 °C; i risultati sono riportati nel grafico di seguito. Ripetendo il test a temperature specifiche si sono ottenuti risultati molto simili, con quasi nessuna variazione statisticamente significativa.

Tuttavia, i cambiamenti di distanza assoluta non sono necessariamente i dati più rappresentativi. È possibile ottenere una misurazione più rappresentativa costruendo un angolo tra i punti di supporto e l'area di cedimento. Questo ha anche il vantaggio di essere leggermente più applicabile a diverse situazioni. Di seguito sono riportati l'angolo e i risultati effettivi.

I test condotti a temperature elevate sull'Alumina 4N Resin ne dimostrano l'estrema resistenza al cedimento. La parte con spessore di 2,6 mm ha ceduto meno di 1° a 1600 °C, nonostante la distanza tra i due supporti fosse più di 30 volte superiore all'altezza della parte.

L'Alumina 4N Resin è ideale per le parti utilizzate a temperature estreme e che, a temperature inferiori a 1400 °C, non cedono né si deformano in alcun modo. Questa proprietà, la straordinaria resistenza elettrica e alle sostanze chimiche e la bassa permeabilità la rendono adatta a molte applicazioni ingegneristiche finora impossibili da ottenere per le parti stampate in 3D.

Per scoprire se l'Alumina 4N Resin è adatta alla tua applicazione, contatta il nostro team di specialisti.